DE2620459A1 - Elektrische isolation und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Elektrische isolation und verfahren zu deren herstellung

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Isolation, insbesondere zur Isolierung von elektrischen Leitern mit hoher elektrischer und mechanischer Belastung, wobei die elektrische Isolation eine hohe Beständigkeit gegenüber ionisierender Strahlung aufweist und aus wenigstens einem flachen, wenigstens zwei mit einem Bindemittel imprägnierte Schichten enthaltenden Isolierelement besteht, und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Für Isolationssysteme, für die eine hohe mechanische Festigkeit und eine hohe Strahlenbeständigkeit bei gleichzeitig hoher elektrischer Beanspruchung verlangt wird, haben sich mit lösungsmittelfreien Harzen imprägnierte Glimmerisolationen verhältnismäßig gut bewährt. Glimmerisolationen delaminieren jedoch schon bei Scherbeanspruchungen von ca. 800 N/cm[hoch]2. Aus Glasgewebe aufgebaute vakuumimprägnierte Isolationen erreichen Scherfestigkeitswerte bis über 2000 N/cm[hoch]2. Sie sind jedoch bei hohen elektrischen Beanspruchungen weniger betriebssicher, zudem ist die Durchschlagspannung pro mm Isolation
<NichtLesbar>
niedriger als bei Glimmerisolationen. Isolationen, die an einem Folieband, z.B. "Kaptonband", aufgebaut und anschließend mit einem Bindemittel vakuumimprägniert werden, halten bei geringer Isolationsstärke sehr hohe elektrische Spannungen, sind jedoch wegen der ungünstigen Verklebungseigenschaften der glatten Folie gegen Scherbeanspruchungen nicht sehr widerstandsfähig. Es wurden also andere konstruktive Lösungen gesucht. So ist aus der CH-PS 529'428 bekannt, eine solche Isolation aus einem aus anorganischen Isoliermaterial bestehenden Band und einem dünnen Metallmantel herzustellen, wobei das Isolierband mindestens zum Teil z.B. aus einem Metalloxid und/oder Glasfasern und/oder Asbest und/oder Glimmer bestehen kann.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Isolation der eingangs genannten Art und ein Verfahren zu deren Herstellung zu schaffen, die eine hohe elektrische und mechanische Belastung der Isolation ermöglichen und eine hohe Strahlenbeständigkeit sichern.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Schicht des flachen Isolierelementes aus einer Kunststoffolie, vorzugsweise einer Polyimid- oder Polyesterfolie, und eine andere Schicht des flachen Isolierelementes aus einem Gewebe, vorzugsweise einem Glasgewebe oder einem Polyimidgewebe, bestehen.
Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass diese Isolation nicht nur strahlenbeständig und für hohe elektrische Beanspruchungen geeignet ist, sondern auch eine hohe Scherfestigkeit aufweist.
Es wurden Versuche durchgeführt, während welcher die Scherfestigkeitswerte gemessen wurden. Die Scherfestigkeit einer Verbindung zwischen einer sandgestrahlten Kupferplatte und einer Polyimidfolie ("Kapton") unter Verwendung von Epoxyharz bei Raumtemperatur beträgt 960 N/cm[hoch]2, bei 70°C 1060 N/cm[hoch]2, zwischen einer sandgestrahlten Kupferplatte und einem Glasgewebeband bei Raumtemperatur 2080 N/cm[hoch]2, zwischen der Polyimidfolie ("Kapton") und dem Glasgewebeband bei Raumtemperatur 1550 N/cm[hoch]2, bei 70°C 1640 N/cm[hoch]2, zwischen zwei
Polyimidfolien ("Kapton") jedoch nur 680 N/cm[hoch]2 bei Raumtemperatur und 780 N/cm[hoch]2 bei 70°C. Die angeführten Daten sind Mittelwerte, die unter gleichen Versuchsbedingungen erreicht wurden. Die Polyimidfolie ("Kapton") wurde ohne eine zusätzliche Vorbehandlung der Oberflächen verwendet. Aus den Versuchsresultaten ist es klar ersichtlich, dass die aus der Polyimidfolie ("Kapton") und dem Glasgewebe kombinierte Isolation eine wesentlich höhere Scherfestigkeit in Verbindung mit einem Kupferleiter erreicht, als die Verbindungsstelle zwischen Kupfer und der Polyimidfolie oder zwischen zwei Polyimidfolien.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das flache, die Kunststofffolie und das Gewebe enthaltende Isolierelement als ein Isolierband ausgeführt ist. Diese Ausführungsform ermöglicht eine einfache Herstellung der Isolation. Es empfiehlt sich, das als ein Isolierband ausgeführte Isolierelement mit einer Überlappung auf dem elektrischen Leiter anzuordnen. Diese Anordnung sichert ein gutes Eindringen des Bindemittels und eine gleichmäßige Verteilung auf der Folie. Die Überlappung des als ein Isolierband ausgeführten Isolierelementes beträgt vorzugsweise 25 bis 75 %.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das flache, die
Kunststoffolie und das Gewebe enthaltende Isolierelement in Form einer Hülse oder Platte ausgebildet. Das flache, die Kunststoffolie und das Gewebe enthaltende Isolierelement kann in zwei oder mehreren Schichten angeordnet und mit einer ein Gewebe, vorzugsweise ein Glasgewebe oder ein Polyimidgewebe, enthaltenden Deckschicht versehen sein. Als das Polyimidgewebe kann man z.B. "Kevlar" verwenden.
Die Aufgabe der Erfindung lässt sich lösen, wenn erfindungsgemäß der elektrische Leiter mit einem aus einer Kunststoffolie und einem Gewebe bestehenden und als ein Isolierband ausgeführten Isolierelement in einer oder mehreren Schichten, vorzugsweise mit einer Überlappung umwickelt und mit einem Bindemittel imprägniert wird, wobei das Gewebe in Richtung zu der Oberfläche des Leiters liegt. Bei diesem einfachen Herstellungsverfahren können die Bestandteile des Isolierbandes schon früher auf eine Bandrolle gewickelt werden, sie können jedoch auch erst während des Umwickelns von zwei Bandrollen zusammengeführt werden. Nach einer Ausführungsform wird der elektrische Leiter mit dem Isolierelement in mehreren Schichten umwickelt, wobei wenigstens eine der aus Gewebe bestehenden Schichten schon vor dem Umwickeln imprägniert und teilweise ausgehärtet wird. Der elektrische Leiter kann ebenfalls mit einem eine Deckschicht bildenden Band zusätzlich umwickelt und mit einem Bindemittel imprägniert werden. Es empfiehlt sich, die Adhäsionsfähigkeit der Kunststoffolie vor dem Umwickeln wenigstens einseitig, z.B. mechanisch oder chemisch zu erhöhen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht veranschaulicht.
Es zeigt:
Fig. 1 eine erste und
Fig. 2 eine zweite beispielsweise Ausführungsform der Erfindung.
Gemäß Fig. 1 sind Kunststoffolien mit der Bezugsziffer 1 benannt, Gewebe mit der Bezugsziffer 2, als Isolierbänder ausgeführte Isolierelemente mit der Bezugsziffer 3 und ein elektrischer Leiter mit der Bezugsziffer 4. Gleiche Teile sind in Fig. 2 mit denselben Bezugszahlen versehen wie in Fig. 1. Eine Deckschicht ist in Fig. 2 durch die Zahl 5 gekennzeichnet.
Nach Fig. 1 bestehen die als Isolierbänder ausgeführten Isolierelemente 3 aus den Kunststoffolien 1 und Gewebebändern 2.
Der Leiter 4 ist mit dem Isolierelement 3 umwickelt, wobei die Überlappung der einzelnen Wicklungen etwa 50 % beträgt. Es ist gut ersichtlich, dass eine solche Anordnung das Eindringen des Imprägnierharzes und damit die Verklebung erleichtert. Als Bindemittel verwendet man vorzugsweise ein Epoxid-, Polyester- oder Silikonharz. Die Kunststoffolie 1 besteht aus einem Polyimid ("Kaptonfolie") oder Polyester. Als Gewebe 2 verwendet man z.B. Glasgewebe oder Polyimidgewebe, z.B. "Kevlar". Das zweite Beispiel nach Fig. 2 zeigt eine mehrschichtige Isolation, die durch zwei Schichten des umwickelten Isolierelementes 3 und durch die Deckschicht 5 gebildet ist. In beiden Figuren wurde das Bindemittel nicht dargestellt. Die Deckschicht 5 besteht vorzugsweise aus einem Gewebe, z.B. einem Glasgewebe oder einem Polyimidgewebe ("Kevlar"), bzw. aus deren Kombination. Dieses Material ermöglicht ein gutes Eindringen des Imprägnierungsmittels in dem Fall, wenn die Isolation erst nach Umwickeln aller Schichten imprägniert wird.
Der Erfindungsgegenstand ist auf das in der Zeichnung Dargestellte selbstverständlich nicht beschränkt. So kann ein Isolierelement 3 mehr als zwei Schichten enthalten, die Isolation kann auch als eine Hülse oder eine Platte ausgeführt werden und es können auch andere Materialien für die Kunst- stoffolie und das Gewebe Verwendung finden, als die beispielsweise genannten.
Die erfindungsgemäße Isolation kann man z.B. für große Magnetspulen einsetzen, wie sie zum Einschluss von Plasma mittels hohem Magnetfeld, für magnetohydrodynamische Generatoren und supraleitende Magnete verwendet werden.

Claims (11)

1. Elektrische Isolation, insbesondere zur Isolierung von elektrischen Leitern mit hoher elektrischer und mechanischer Belastung, wobei die elektrische Isolation eine hohe Beständigkeit gegenüber ionisierender Strahlung aufweist und aus wenigstens einem flachen, wenigstens zwei mit einem Bindemittel imprägnierte Schichten enthaltenden Isolierelement besteht, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht des flachen Isolierelementes (3) aus einer Kunststoffolie (1), vorzugsweise einer Polyimid- oder Polyesterfolie, und eine andere Schicht des flachen Isolierelementes (3) aus einem Gewebe (2), vorzugsweise einem Glasgewebe oder einem Polyimidgewebe, bestehen.
2. Elektrische Isolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flache, die Kunststoffolie (1) und das Gewebe (2) enthaltende Isolierelement (3) als ein Isolierband ausgeführt ist.
3. Elektrische Isolation nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das als ein Isolierband ausgeführte Isolierelement (3) mit einer Überlappung auf dem elektrischen Leiter (4) angeordnet ist.
4. Elektrische Isolation nach Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlappung des als ein Isolierband ausgeführten Isolierelementes (3) 25 bis 75 % beträgt.
5. Elektrische Isolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flache, die Kunststoffolie (1) und das Gewebe (2) enthaltende Isolierelement in Form einer Hülse oder Platte ausgebildet ist.
6. Elektrische Isolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flache, die Kunststofffolie (1) und das Gewebe (2) enthaltende Isolierelement (3) in zwei oder mehreren Schichten angeordnet ist.
7. Elektrische Isolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer ein Gewebe, vorzugsweise ein Glasgewebe oder ein Polyimidgewebe, enthaltenden Deckschicht (5) versehen ist.
8. Verfahren zur Herstellung der elektrischen Isolation nach Anspruch 1 und wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (4) mit einem aus einer Kunststoffolie (1) und einem Gewebe (2) bestehenden und als ein Isolierband ausgeführten Isolier- element (3) in einer oder mehreren Schichten, vorzugsweise mit einer Überlappung umwickelt und mit einem Bindemittel imprägniert wird, wobei das Gewebe (2) in Richtung zu der Oberfläche des Leiters (4) liegt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (4) mit dem Isolierelement (3) in mehreren Schichten umwickelt wird, wobei wenigstens eine der aus Gewebe bestehenden Schichten schon vor dem Umwickeln imprägniert und teilweise ausgehärtet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (4) mit dem Isolierelement (3) und mit einem eine Deckschicht (5) bildenden Band umwickelt und mit einem Bindemittel imprägniert wird.
11. Verfahren nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Adhäsionsfähigkeit der Kunststoffolie vor dem Umwickeln wenigstens einseitig, z.B. mechanisch oder chemisch erhöht wird.
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